Mystiska Radiopulser Från Rymdens Djup - Vad är Det? - Alternativ Vy

Mystiska Radiopulser Från Rymdens Djup - Vad är Det? - Alternativ Vy
Mystiska Radiopulser Från Rymdens Djup - Vad är Det? - Alternativ Vy

Video: Mystiska Radiopulser Från Rymdens Djup - Vad är Det? - Alternativ Vy

Video: Mystiska Radiopulser Från Rymdens Djup - Vad är Det? - Alternativ Vy
Video: Hur stort är Universum...jämfört med ett sandkorn? 2024, Maj
Anonim

Sedan 2007 har astronomer spelat in cirka 20 mystiska radiopulser långt bortom vår galax. BBC Earth-kolumnisten bestämde sig för att ta reda på mer om detta fenomen.

Det finns ingen brist på konstiga och inte helt förstådda fenomen i universum - från svarta hål till outlandiska planeter. Forskare har något att pussla över.

Men ett mysterium på senare tid har varit särskilt angeläget för astronomer - mystiska utbrott av radioutsläpp i rymden, så kallade snabba radiopulser.

De håller bara några millisekunder, men de släpper cirka en miljon gånger mer energi än solen producerar under samma tidsperiod.

Sedan upptäckten av den första impulsen 2007 har astronomer lyckats registrera mindre än 20 sådana fall - alla deras källor befann sig utanför vår galax och fördelades jämnt över himlen.

Teleskop tenderar dock att observera små delar av himlen när som helst.

Om vi extrapolerar de erhållna uppgifterna till hela himlen kan antalet astrologer, som astronomer antar, nå 10 000 per dag.

Och ingen vet orsaken till detta fenomen.

Kampanjvideo:

Astronomer har naturligtvis gott om möjliga förklaringar, varav några låter väldigt exotiska: kollisioner av neutronstjärnor, explosioner av svarta hål, brott av kosmiska strängar och till och med resultatet av aktiviteten av utomjordisk intelligens.

"Det finns nu fler teorier som försöker förklara arten av snabba radiopulser än det faktiskt finns pulser", säger Duncan Lorimer, en forskare vid US University of West Virginia och ledare för forskargruppen som upptäckte den allra första snabba radiopulsen (även kallad Lorimer-pulsen). "Detta är grogrund för teoretiker."

Men även om förklaringen om de snabba radiopulsernas natur visar sig vara mycket vanligare, kan de fortfarande vara till stor nytta för vetenskapen.

De kommer utan tvekan att revolutionera vår förståelse av universum.

Dessa radiosignaler är som laserstrålar som tränger igenom universum och stöter på magnetfält, plasma och andra kosmiska fenomen i deras väg.

Med andra ord fångar de information om det intergalaktiska rymden längs vägen och kan representera ett unikt verktyg för att utforska universum.

"De kommer utan tvekan att revolutionera vår förståelse av universum eftersom de kan användas för att göra mycket noggranna mätningar", säger Peng Wee-Li, en astrofysiker vid University of Toronto.

Men innan det händer måste forskare bättre förstå arten av snabba radiopulser.

Astronomer har gjort lovande framsteg inom detta område de senaste månaderna.

Det första som slog Lorimer med pulsen som han upptäckte var dess intensitet.

Lorimer och hans kollegor granskade arkivuppsättningar som samlats in med Parks Radio Telescope i Australien. De letade efter radiopulser, som de som sänds ut av snabbt roterande neutronstjärnor, så kallade pulsarer.

Jag var så upphetsad den natten att jag inte kunde sova

Matthew Bales, astronom

Dessa stjärnor, var och en med en storstads diameter, har densiteten hos en atomkärna och kan rotera i hastigheter som överstiger 1000 varv per sekund.

Samtidigt avger de smalt riktade strålar av radioutsläpp, i samband med vilka de också kallas rymdfyrar.

Radiosignalerna som utsänds av pulser ser ut som pulser för en observatör från jorden.

Men signalen som Lorimers team upptäckte var väldigt konstig.

"Det var så intensivt att det överväldigade teleskopets elektroniska komponenter", påminner Lorimer. "Detta är extremt ovanligt för en radiokälla."

Pulsen varade i cirka 5 millisekunder, varefter dess intensitet sjönk.

"Jag kommer ihåg första gången jag såg ett momentumdiagram", säger Lorimers teammedlem Matthew Bales, en astronom vid Swinburne University of Technology, Australien. "Jag var så upphetsad den natten att jag inte kunde sova."

I ungefär fem år efter upptäckten av Lorimer impuls förblev det en oförklarlig avvikelse.

Vissa forskare trodde att det bara var en instrumentell inblandning. Och i en studie som publicerades 2015 sägs det att pulser med liknande parametrar registreras under drift av mikrovågor installerade i den ekonomiska delen av Parks Observatory.

Deras källor ligger utanför vår Galaxy, möjligen miljarder ljusår från jorden.

Men sedan 2012 har astronomer som arbetar vid andra teleskop upptäckt flera liknande radiopulser, vilket bekräftar att signalerna faktiskt kommer från rymden.

Och inte bara från rymden - deras källor ligger utanför vår galax, möjligen miljarder ljusår från jorden. Detta antagande gjordes baserat på mätningar av ett fenomen som kallas dispersionseffekten.

Under sin resa genom universum interagerar radiovågor med elektronerna i plasma som de möter på väg. Denna interaktion orsakar en avmattning i vågutbredningen, beroende på radiosignalens frekvens.

Högfrekventa radiovågor anländer till observatören något snabbare än lägre frekvensradiovågor.

Genom att mäta skillnaden i dessa värden kan astronomer beräkna hur mycket plasma signalen fick passera på väg till observatören, vilket ger dem en ungefärlig uppfattning om avståndet från radiopulskällan.

Radiovågor som kommer till oss från andra galaxer är inget nytt. Det är bara det att före upptäckten av snabba radiopulser såg forskare inte signaler med så hög intensitet.

Förekomsten av en signal vars intensitet är en miljon gånger större än någonting tidigare upptäckt, väcker fantasin

Så kvasarer - aktiva galaktiska kärnor, inom vilka, som forskare tror, är massiva svarta stjärnor - avger en enorm mängd energi, inklusive inom radioområdet.

Men kvasarer i andra galaxer är så långt ifrån oss att radiosignalerna som tas emot från dem är extremt svaga.

De kan lätt drunkna ut även av en radiosignal från en mobiltelefon placerad på månens yta, konstaterar Bailes.

Snabba radiopulser är en annan sak. "Förekomsten av en signal som är en miljon gånger starkare än någonting tidigare upptäckt är spännande", säger Bales.

Speciellt med tanke på att snabba radiopulser kan indikera nya, outforskade fysiska fenomen.

En av de mest tvetydiga förklaringarna till deras ursprung har att göra med de så kallade kosmiska strängarna - hypotetiska endimensionella veck i rymdtid som kan sträcka sig åtminstone tiotals parsec.

Några av dessa strängar kan ha supraledande egenskaper och en elektrisk ström kan strömma genom dem.

Enligt en hypotes som föreslogs 2014 bryts kosmiska strängar ibland, vilket resulterar i en explosion av elektromagnetisk strålning.

Eller, säger Pen, förklaringen till dessa utbrott kan vara explosioner av svarta hål.

Gravationsfältet i ett svart hål är så massivt att även ljus som kommer in i det inte kan fly tillbaka.

Om vi antar att i det tidiga stadiet av utvecklingen av universum bildades små svarta hål i det, då kan de bara förångas

Men på 1970-talet. den berömda brittiska teoretiska fysikern Stephen Hawking föreslog att energi kan avdunsta från ytan av åldrande svarta hål.

Om vi antar att i ett tidigt skede i utvecklingen av universum bildades små svarta hål i det, kan de nu bara avdunsta och i slutändan explodera, vilket leder till en omedelbar emission av radioemission.

I februari 2016 meddelade astronomer att de kan ha gjort ett genombrott inom forskningen.

Ett team av forskare under ledning av Evan Keehan som arbetar vid huvudkontoret för Square Kilometer Array radiointerferometer vid British Jodrell Bank Astrophysical Center, analyserade parametrarna för en snabb radiopuls inspelad i april 2015.

Enligt astronomernas slutsatser var radiopulsens källa i en galax som ligger 6 miljarder ljusår från oss och består av gamla stjärnor.

I detta fall indikerade parametrarna för den observerade radiopulsen sannolikheten för minst ett scenario: kollisioner av parade neutronstjärnor

För första gången kunde forskare bestämma platsen för radioutsläppskällan med en noggrannhet i galaxen, vilket i vetenskapssamhället uppfattades som en extremt viktig upptäckt.

"Att identifiera galaxen som innehåller källan till den snabba radiopulsen är en bit i pusslet", säger Bales, som också arbetade i Keehans team. "Om vi kan bestämma galaxen kan vi ta reda på hur långt från oss källan är."

Därefter kan du noggrant mäta mängden pulsenergi och börja kasta de mest osannolika teorierna om dess ursprung.

I detta fall indikerade parametrarna för den observerade radiopulsen sannolikheten för åtminstone ett scenario: kollisioner av parade neutronstjärnor som kretsar kring varandra.

Det verkade som att mysteriet med naturen hos snabba radiopulser nästan var löst. "Jag var mycket upphetsad över resultaten av den här studien", säger Lorimer.

Men bara några veckor senare ifrågasatte forskarna Edo Berger och Peter Williams från Harvard University teorin.

Slutsatserna från Keehans team baserades på observation av fenomenet, som forskare tolkade som dämpning av radiosignalen efter slutet av den snabba radiopulsen.

Fädningssignalens källa var tillförlitligt lokaliserad i en galax som ligger 6 miljarder ljusår från jorden, och forskarna trodde att den snabba radiopulsen kom därifrån.

Enligt Berger och Williams hade emellertid vad Kian tog för en kvarvarande - blekande - radiosignal inget att göra med en snabb radiopuls.

De analyserade noggrant egenskaperna för restsignalen genom att peka det amerikanska Very Large Array-radioteleskopet mot en avlägsen galax.

Kollisioner av neutronstjärnor förekommer flera storleksordningar mindre ofta än den troliga frekvensen för snabba radiopulser, så att alla registrerade fall inte kan förklaras med detta fenomen enbart.

Det visade sig att vi pratar om ett separat fenomen som orsakas av fluktuationer i själva galaxens ljusstyrka på grund av det faktum att i dess centrum finns ett supermassivt svart hål som absorberar kosmiska gaser och damm.

Med andra ord var den blinkande galaxen inte den plats från vilken den snabba radiopulsen avges. Det är bara att det råkade vara i teleskopets synfält - antingen bakom den verkliga källan eller framför det.

Och om radiopulsen inte skickades från denna galax, orsakades den kanske inte av kollisionen mellan två neutronstjärnor.

Neutronscenariot har en annan svag punkt. "Frekvensen för utsläpp av snabba radiopulser är mycket högre än frekvensen av strålning som förväntas från kollisioner med neutronstjärnor", säger Maxim Lyutikov från American University of Purdue.

Dessutom inträffar kollisioner med neutronstjärnor flera storleksordningar mindre ofta än den troliga frekvensen för snabba radiopulser, så att alla registrerade fall inte kan förklaras med detta fenomen enbart.

Och snart minskade nya vetenskapliga bevis sannolikheten för en sådan förklaring ännu mer.

I mars 2016 rapporterade en grupp astronomer en fantastisk upptäckt. De studerade en radiopuls inspelad 2014 av Arecibo Observatory i Puerto Rico. Det visade sig att detta inte var en enda händelse - impulsen upprepades 11 gånger under 16 dagar.

"Detta var den största upptäckten sedan den första snabba radiobristen," säger Penh. "Det avslutar det enorma antal hypoteser som hittills föreslagits."

Alla tidigare inspelade snabba radiopulser var enstaka - upprepningar av signaler från samma himmelsektor registrerades inte.

Därför antog forskare att de kunde vara resultatet av kosmiska katastrofer, som i båda fallen bara inträffade en gång - till exempel explosioner av svarta hål eller kollisioner med neutronstjärnor.

Men denna teori förklarar inte möjligheten (i vissa fall) att upprepa radiopulser i snabb följd. Oavsett orsaken till en sådan serie pulser måste villkoren för deras förekomst bibehållas under en viss tid.

Denna omständighet minskar betydligt listan över möjliga hypoteser.

En av dem, som Buttercup undersöker, säger att källorna till snabba radiopulser kan vara unga pulser - neutronstjärnor som roterar med hastigheter upp till en varv per millisekund.

Buttercup kallar sådana föremål pulser på steroider.

Med tiden saktar rotationen av pulsarer ner, och en del av rotationsenergin kan matas ut i rymden i form av radioemission.

Det är inte helt klart hur exakt pulser kan avge snabba radiopulser, men det är känt att de kan avge korta pulser av radiovågor.

Så, pulsaren i Crab Nebula är förmodligen ungefär 1000 år gammal. Den är relativt ung och är en av de mest kraftfulla pulserna vi känner till.

Ju yngre pulsaren är, desto snabbare roterar den och desto mer energi har den. Buttercup kallar sådana föremål "pulsarer på steroider."

Och även om pulsaren i Crab Nebula nu inte har tillräckligt med energi för att avge snabba radiopulser, är det möjligt att den skulle kunna göra det omedelbart efter att det uppträtt.

En annan hypotes säger att energikällan för snabba radiopulser inte är en neutronstjärns rotation, utan dess magnetfält, som kan vara tusen biljoner gånger starkare än jordens.

Neutronstjärnor med extremt starka magnetfält, så kallade magnetar, kan avge snabba radiopulser genom en process som liknar den som resulterar i solfacklor.

Det finns många magnetar i universum

När magnetaren roterar, ändrar magnetfälten i sin korona - det tunna yttre lagret av atmosfären - konfiguration och blir instabil.

Vid någon tidpunkt beter sig raderna i dessa fält som om du klickade på en piska. En ström av energi frigörs, vilket accelererar de laddade partiklarna, som avger radiopulser.

"Det finns många magnetar i universum", säger Bales. "De är instabila, vilket förmodligen förklarar förekomsten av snabba radiopulser."

Hypoteser relaterade till neutronstjärnor är mer konservativa och baserade på relativt väl studerade fenomen, därför verkar de mer sannolika.

”Alla hypoteser om förekomsten av snabba radiopulser, som jag anser vara allvarliga och som jag på allvar diskuterar med mina kollegor, har att göra med neutronstjärnor”, säger Bales.

Han medger dock att detta tillvägagångssätt kan vara något ensidig. Många astronomer som studerar snabba radiopulser studerar också neutronstjärnor, så deras tendens att se de förstnämnda genom prisma för den senare är förståelig.

Det kan hända att vi har att göra med outforskade aspekter av fysik

Det finns också mer okonventionella förklaringar. Exempelvis har ett antal forskare föreslagit att snabba radiopulser uppstår till följd av kollisioner mellan pulsarer och asteroider.

Det är möjligt att flera hypoteser är sanna samtidigt, och var och en av dem förklarar ett visst fall av snabba radiopulser.

Det är möjligt att vissa impulser upprepas, medan andra inte gör det, vilket inte helt utesluter hypotesen om kollisioner mellan neutronstjärnor och andra katastrofer i kosmisk skala.

"Det kan visa sig att svaret är väldigt enkelt", säger Lyutikov. "Men det kan också hända att vi har att göra med outforskade aspekter av fysik, med nya astrofysiska fenomen."

Oavsett vad snabba radiopulser faktiskt visar sig vara kan de vara till stor nytta för rymdvetenskapen.

De kan till exempel användas för att mäta materiens volym i universum.

Som redan nämnts möter radiovågor intergalaktisk plasma på väg, vilket saktar ner deras hastighet beroende på vågens frekvens.

Förutom att kunna mäta avståndet till signalkällan ger skillnaden i våghastighet också en uppfattning om hur många elektroner som finns mellan vår galax och strålningskällan.

"Radiovågor kodas med information om de elektroner som utgör universum", säger Bailes.

Tidigare var forskare främst engagerade i detta ämne på sin fritid från grundforskning.

Detta ger forskare möjlighet att grovt uppskatta mängden vanlig materia i rymden, vilket kommer att hjälpa dem i framtiden när de beräknar modeller för universums framväxt.

Det unika med snabba radiopulser är att de är ett slags kosmiska laserstrålar, säger Penh.

De genomborrar utrymmet i en viss riktning och är tillräckligt intensiva för att ge överlägsen mätnoggrannhet.

”Det här är det mest exakta mätverktyget som finns tillgängligt för att studera avlägsna föremål inom synfältet”, förklarar han.

Så enligt honom kan snabba radiopulser berätta om strukturen hos plasma och magnetfält nära strålningskällan.

När plasma passerar kan radiopulser flimra, precis som stjärnor blinkar när de ses genom jordens atmosfär.

Att mäta egenskaperna hos denna scintillation gör det möjligt för astronomer att mäta plasmaregionernas mått med en noggrannhet på flera hundra kilometer. På grund av den höga vetenskapliga potentialen och inte minst på grund av fenomenets oförklarlighet har forskarnas intresse för snabba radiopulser under de senaste åren ökat betydligt.

"Tidigare var forskare främst engagerade i detta ämne på sin fritid från grundläggande forskning", konstaterar Lorimer.

Nu letar astronomer intensivt efter snabba radiopulser i de ännu outforskade regionerna på himlen och fortsätter att observera de delar av himlen där dessa fenomen redan har registrerats - i hopp om att registrera dem.

Samtidigt används krafterna hos teleskop runt om i världen, eftersom när en puls observeras från flera observatorier ökar sannolikheten för en mer exakt beräkning av källkoordinaterna avsevärt.

Så under de närmaste åren kommer radioteleskop som kanadensiska CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment, eller Canadian Hydrogen Intensive Mapping Experiment) att kunna observera stora områden på himlen och registrera hundratals snabba radiopulser.

Ju mer data som samlas in, desto mer förståeligt blir fenomenet snabba radiopulser. Kanske en dag kommer deras hemlighet att avslöjas.

Rekommenderas: